【正文】 術(shù)改造及機(jī)械產(chǎn)品的更新?lián)Q代提供了有利條件，采用這種新型機(jī)械基礎(chǔ)條件將會(huì)大幅度提高作業(yè)率而獲得很大的經(jīng)濟(jì)效益。第1章 緒 論 研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢萬向聯(lián)軸器，具有傳遞扭矩大、使用壽命長、應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)。計(jì)算機(jī)廣泛發(fā)展以來，實(shí)際生產(chǎn)與數(shù)字化聯(lián)系日益緊密，各國紛紛大力發(fā)展數(shù)字化技術(shù)，可以說將實(shí)際生產(chǎn)數(shù)字化會(huì)從根本上改變制造業(yè)的生產(chǎn)模式和管理模式，有上千年歷史的制造業(yè)也進(jìn)入了一個(gè)全新的時(shí)期。在傳動(dòng)裝置中，載荷對結(jié)構(gòu)有很高的要求，人們對速度、穩(wěn)定性的追求，使載荷不斷的增大，在結(jié)構(gòu)上不可避免的產(chǎn)生應(yīng)力集中，而十字軸的軸頭尺寸又相對很小，這樣，就使十字軸成為汽車安全穩(wěn)定性的一個(gè)重要因素，也因此對其加工制造的工藝有較高的要求。本課題是在這個(gè)大的背景賦予的精神下深入到我們?nèi)粘Ｉ钪械囊粋€(gè)常見領(lǐng)域展開研究的，近幾年，我國汽車制造業(yè)可以說是我國制造業(yè)發(fā)展的代表，大部分國外廠商的注入，國有品牌的崛起，共同滿足著我國國民對私家車日益增長的需求。謝 30 主要參考文獻(xiàn) 31 附 錄 32 插圖清單圖21 常見十字軸零件圖和模鍛件圖 4 圖22 十字軸零件圖 5 圖23 十字軸冷鍛件圖 5 圖31 十字軸冷鍛件圖尺寸 12 圖32 十字軸熱鍛件圖尺寸 13 圖33 十字軸熱鍛件三維圖 14 圖34 飛邊的結(jié)構(gòu)形式 15 圖35 四角鎖扣 15 圖36 終鍛模上模 16 圖37 終鍛模下模 16 圖38 坯料 17 圖39 成形過程金屬流動(dòng)模型 18 圖310 坯料鐓粗 18 圖311 傳統(tǒng)工藝下的預(yù)鍛模腔 19 圖312 改進(jìn)后的預(yù)鍛型腔 20 圖313 傳統(tǒng)工藝下預(yù)鍛結(jié)束和終鍛結(jié)束 20 圖314 改進(jìn)后預(yù)鍛結(jié)束和終鍛結(jié)束 20 圖41 中間導(dǎo)柱模架 22 圖42 中間導(dǎo)柱上模座 23 圖43 中間導(dǎo)柱下模座 24 圖44 A型導(dǎo)柱和導(dǎo)套 25 圖45 模具總裝配三維圖 27 圖46 十字軸模具裝配圖 28 表格清單表41 中間導(dǎo)柱上模座結(jié)構(gòu)參數(shù) 3 表42 中間導(dǎo)柱下模座結(jié)構(gòu)參數(shù) 3 表 43 導(dǎo)柱結(jié)構(gòu)參數(shù) 3 表44 導(dǎo)套結(jié)構(gòu)參數(shù) 3 V左渭：十字軸鍛造成形工藝研究及模具設(shè)計(jì)引 言隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對物質(zhì)上的需求，再加上國際競爭日益激烈，各國在努力發(fā)展自身經(jīng)濟(jì)的同時(shí)，在關(guān)乎本國自身安全的領(lǐng)域也紛紛馬不停蹄的研究開發(fā)，在這些領(lǐng)域中，最重要的莫屬制造業(yè)了，一個(gè)國家制造業(yè)的發(fā)展水平，技術(shù)含量，直接影響到這個(gè)國家的整體命運(yùn)。利用UG的實(shí)體造型功能建立十字軸的三維模型?；谀M結(jié)果，分析十字軸預(yù)鍛成形過程中所出現(xiàn)的問題，提出模具設(shè)計(jì)的改進(jìn)建議。利用DEFORM3D有限元模擬軟件對十字軸的成形過程進(jìn)行模擬。以目前國內(nèi)普遍應(yīng)用的熱鍛工藝為研究前提，運(yùn)用UG、DEFORM3D軟件系統(tǒng)的研究十字軸的成形過程和模具設(shè)計(jì)。安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）畢業(yè)設(shè)計(jì)論文十字軸鍛造成形工藝研究及模具設(shè)計(jì)摘 要近幾年，隨著經(jīng)濟(jì)和汽車行業(yè)的快速發(fā)展，十字軸作為傳動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分，應(yīng)用越來越廣泛，地位也越來越重要。 本文主要以十字軸為研究對象，十字軸是汽車底盤中的一個(gè)十分重要的傳力零件，產(chǎn)品質(zhì)量要求高，形狀復(fù)雜。 首先采用UG或Pro/E三維造型軟件對十字軸進(jìn)行三維實(shí)體化造型。分析應(yīng)力狀態(tài)和載荷行程曲線。從數(shù)學(xué)模型上給出了指導(dǎo)，得出了優(yōu)化的工藝參數(shù)，設(shè)計(jì)出合理的模具型腔。關(guān)鍵詞：十字軸；數(shù)值模擬；預(yù)鍛變形；有限元；成形工藝I安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）Study on Forming Process and Die Design for Crossing ShaftABSTRACTIn recent years, with the development of economy and automotive industry, as the main basis of mechanical parts, the cross shaft of an everincreasing status is also being increasingly important. This article mainly takes cross shaft as the research object. The cross shaft is automobile chassis of a very important force transmission parts, products of high quality requirements, plex , DEFORM3D as a platform, and has done some research on mould design and FEM simulation, on the base of forge hot process which is widely used in local plant. First, using UG or Pro/E threedimensional modeling software for 3D modeling of the cross finite element simulation software DEFORM3D is used to simulate the forming process of the cross shaft. And analysis the stress distribution and the metal loadtrip curve. According to the result of the simulation, the problem in the Preforging has been analysed with some instructive suggestions for die designing put forward. Guidance is given from the mathematical model, then the optimized parameters, design of mould cavity and reasonable. A threedimensional model of cross shaft using a solid modeling function of UG.Key Words: cross shaft；numerical simulation；Preforging process；finite element method；forming process 目 錄摘 要 IABSTRACT II引 言 1 第1章 緒 論 2 研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 2 研究意義（價(jià)值）及主要內(nèi)容 3 第2章 設(shè)計(jì)研究方案 4 對課題的認(rèn)識 4 課題的研究方法 5 熱模鍛成形工藝 6 模鍛的特點(diǎn) 6 模鍛的分類 6 開式模鍛工藝 6 影響金屬成形的因素 7 UG簡介 8 UG產(chǎn)品概述 8 UG主要技術(shù)特點(diǎn) 9 本課題有關(guān)UG的運(yùn)用 9 DEFORM3D簡介 10 DEFORM的特點(diǎn) 10 DEFORM模型的建立 10 第3章 十字軸模具設(shè)計(jì) 12 十字軸鍛件幾何尺寸分析 12 終鍛模的設(shè)計(jì) 14 分模面的制定 14 模塊的結(jié)構(gòu) 14 飛邊的選用 14 鎖扣設(shè)計(jì) 15 坯料體積計(jì)算 17 預(yù)鍛模的設(shè)計(jì) 18 第4章 十字軸模具總裝配圖 22 模架的選取 22 熱模鍛壓力機(jī)的選用 26 模具總裝配圖 27 第5章 結(jié)論與展望 29 致與發(fā)達(dá)國家相比，我國的制造業(yè)發(fā)展水平還有一定差距，還需要大量引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，這使我國的發(fā)展從根本上看處在被動(dòng)地位，因此可以說對制造業(yè)的發(fā)展研究就顯得重中之重。而汽車轉(zhuǎn)向節(jié)中的十字軸正是汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中必不可少的組成部分，而且承擔(dān)著重要分量的安全責(zé)任。 而DEFORM3D是一種基于工藝模擬系統(tǒng)的有限元系統(tǒng)，專門用于分析各種金屬成形過程中的三維流動(dòng)，提供很有價(jià)值的工藝分析數(shù)據(jù)，及有關(guān)成形過程中的材料和溫度流動(dòng)，通過模擬處理，可以從一定的程度預(yù)見工藝過程和效果，并在模擬中改進(jìn)工藝，從而為實(shí)際生產(chǎn)提供最大的便利，節(jié)省開發(fā)時(shí)間，空間，節(jié)約成本。因此實(shí)際生產(chǎn)數(shù)字化的重要性不言而喻。主要應(yīng)用于軋機(jī)主傳動(dòng)和輔機(jī)傳動(dòng)，也適用于起重、礦山、工程、車輛運(yùn)輸、石油、船舶、造紙機(jī)械及其它重型機(jī)械行業(yè)。我國目前常用的聯(lián)軸器有：梅花萬向接軸、滑塊萬向接軸、弧形齒接軸及十字軸式萬向聯(lián)軸器。十字軸式萬向聯(lián)軸器具有廣闊的市場，年需求量很大。因國內(nèi)產(chǎn)品質(zhì)量的不穩(wěn)定，再者有些大型設(shè)備中的主傳動(dòng)軸一時(shí)還無法達(dá)到要求，故失去了一部分市場。為了減少進(jìn)口和擴(kuò)大出口，增加年銷售量，對現(xiàn)有產(chǎn)品須進(jìn)行不斷的改進(jìn)，提高其技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量，最大限度的占有市場。十字軸式萬向聯(lián)軸器的主要構(gòu)件由主、被動(dòng)叉頭與十字包組成 ,傳遞動(dòng)力的中間受力元件為十字軸。SWP 型剖分軸承座十字軸式萬向聯(lián)軸器和 SWZ 型整體軸承座十字軸式萬向聯(lián)軸器，對十字軸的裝配比較方便，同時(shí)為十字軸的尺寸設(shè)計(jì)提供了較大的選擇空間，但由于連結(jié)的環(huán)節(jié)較多，工作中故障率較高，使工作的可靠性受到影響，因此選擇時(shí)受到限制，應(yīng)用較少；SWC 型整體叉頭十字軸式萬向聯(lián)軸器中的十字軸 (十字包) 采用無螺栓聯(lián)接，由于連接環(huán)節(jié)減少，降低了故障率，工作比較可靠，因此使用較普遍。如德國的 GWB 公司和 Voith 公司分別生產(chǎn) SWP 型和 SWC 型，日本的 Koyo 公司ПAJico 公司分別生產(chǎn) SWZ 型和 SWP 型，而美國和意大利則生產(chǎn) SWB 型、SWZ型和 SWP 型。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的主要技術(shù)指標(biāo)為：回轉(zhuǎn)直徑為 φ100～φ1200mm，可傳遞轉(zhuǎn)矩為 ～，軸線傾角為 5176。伸縮量達(dá) 1000mm。甚至已經(jīng)廣泛應(yīng)用于軋鋼機(jī)等產(chǎn)品中，它對冶金工業(yè)的技術(shù)改造及機(jī)械產(chǎn)品的更新?lián)Q代提供了有利條件，西方工業(yè)先進(jìn)國家采用這種新型機(jī)械基礎(chǔ)條件已經(jīng)產(chǎn)生了大幅度提高作業(yè)率而獲得很大的經(jīng)濟(jì)效益。顯然，這是由于軸頸上載荷引起的應(yīng)力超過了材料的彎曲應(yīng)力極限與接觸應(yīng)力極限所致或者叉頭根部彎曲應(yīng)力不足。鑒于十字軸萬向聯(lián)軸器這種非常復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形式，無法用經(jīng)典的彈性力學(xué)通過求解微分方程而得到其解析解，而有限元方法則避免了求解微分方程，它與 CAD 系統(tǒng)結(jié)合，使設(shè)計(jì)者可以在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行結(jié)構(gòu)的剛、強(qiáng)度分析、疲勞壽命分析等各種性能分析，從而取代了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法中“設(shè)計(jì)—驗(yàn)證—設(shè)計(jì)”的循環(huán)。十字軸式萬向聯(lián)軸器，從國內(nèi)外的發(fā)展趨勢看，一方面是如何提高它的承載能力和質(zhì)量，延長使用壽命；另一方面是如何擴(kuò)大它的應(yīng)用范圍，以滿足多種機(jī)械設(shè)備的需要。在新的設(shè)計(jì)中，對結(jié)構(gòu)、應(yīng)力、變形等均將采用有限元分析，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使其設(shè)計(jì)更為先進(jìn)合理。利用切削加工方法加工十字軸類零件，生產(chǎn)工序多，效率低，材料浪費(fèi)嚴(yán)重，并且切削加工不僅不能強(qiáng)化軸肩部位的強(qiáng)度還會(huì)破壞零件的金屬流線結(jié)構(gòu)，不易采用。但冷變形所需設(shè)備噸位大，模具易磨損，對擠壓設(shè)備要求較高，與熱模鍛相比，模具設(shè)計(jì)、潤滑、工藝等都復(fù)雜的多。因此，本文擬采用熱模鍛方法成形某型號十字軸。(2) 繪制鍛件圖，確定分模面位置。(3) 設(shè)計(jì)計(jì)算鍛造模具各工作部分尺寸，設(shè)計(jì)導(dǎo)向及卸料裝置，完成模具材料選擇等工作，并繪制模具圖。 利用機(jī)加工方法生產(chǎn)十字軸，生產(chǎn)工序較多，造成生產(chǎn)過程中效率低下，材料嚴(yán)重浪費(fèi)，不利于大批量生產(chǎn)，再加上機(jī)加工生產(chǎn)出來的十字軸的力學(xué)性能和金屬內(nèi)部的流線結(jié)構(gòu)上受到了限制和破壞，所以一般不易采用此種方法加工。一般情況下其塑性、韌性好，產(chǎn)生斷裂的傾向性減少，熱鍛一般不易產(chǎn)生織構(gòu)，十字軸的擇優(yōu)取向性較小。 利用冷擠壓方法生產(chǎn)十字軸，雖然彌補(bǔ)了熱鍛的不足，生產(chǎn)十字軸的生產(chǎn)工序少，可獲得理想的表面粗糙度和尺寸精度，材料利用率高、生產(chǎn)效率高，成形十字軸內(nèi)部結(jié)構(gòu)組織均勻，有合理的纖維流線分布，但進(jìn)行冷擠壓加工所需要的條件很高，比如，需要的設(shè)備噸位大，模具很容易磨損，整個(gè)生產(chǎn)過程中，從模具設(shè)計(jì)、潤滑到工藝工序的安排都很復(fù)雜，而從我國基本國情的角度出發(fā)，在我國目前的科學(xué)技術(shù)水平下，還是有相當(dāng)?shù)睦щy，從另一個(gè)角度上說，開發(fā)這樣的生產(chǎn)過程反而會(huì)提高十字軸生產(chǎn)的總成本，國內(nèi)使用的還不普遍，而在我國普遍采用熱鍛方式加工十字軸，我們有成熟的經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步改進(jìn)。圖21 常見十字軸零件圖和模鍛件圖 課題的研究方法 本課題是通過借鑒大量的十字軸的傳統(tǒng)加工方法，利用有限元模擬軟件，模擬十字軸的成形過程，通過學(xué)習(xí)文獻(xiàn)中關(guān)于模擬十字化的分析方法分析計(jì)算模擬結(jié)果等找到工藝缺陷，并依據(jù)所學(xué)基礎(chǔ)知識對工藝進(jìn)行改進(jìn)，再通過模擬對比，如此反復(fù)，直到達(dá)到工藝的最優(yōu)化。 通過有限模擬軟件，對十字軸熱鍛成形過程進(jìn)行模擬，分析變形過程中應(yīng)力應(yīng)變分布，載荷變化和金屬流動(dòng)情況，找出不足、缺陷。 再通過三維造型軟件對改進(jìn)后的熱鍛十字軸零件進(jìn)行三維實(shí)體化造型。如圖22為本課題十字軸零件圖，圖23為本課題十字軸鍛件圖。其中模鍛又分為預(yù)鍛和終鍛兩個(gè)過程。加熱設(shè)備